Charakterystyka strumieni konwekcyjnych w aspekcie formowania

Charakterystyka strumieni konwekcyjnych w aspekcie formowania przepływu powietrza w wentylacji wyp
Autor: Anna BOGDAN, Barbara KOELBLEN
W niniejszym artykule skupiono się na zagadnieniach związanych z kształtowaniem się
strumieni konwekcyjnych nad elementami nieruchomymi oraz metodyką obliczania ich
parametrów. Metody te jednak nie mają odniesienia do strumieni konwekcyjnych
rozwijających się nad ludźmi – z tej przyczyny aspekt ten został opisany szerzej oraz
zaprezentowano aktualny stan wiedzy w tym zakresie.
Wentylacja wyporowa jest rozwiązaniem stosowanym powszechnie zarówno w obiektach
przemysłowych, jak również budynkach, w których komfort użytkowników traktowany jest
priorytetowo. Ideą wentylacji wyporowej jest nawiew świeżego, chłodnego powietrza o
niewielkiej prędkości w dolne strefy pomieszczenia, które ogrzewa się, unosząc
zanieczyszczenia w górne obszary pomieszczenia, skąd powietrze jest usuwane.
Wentylacja wyporowa jest rozwiązaniem sprawdzającym się w następujących warunkach [1]:
występujące zanieczyszczenia są lżejsze od otaczającego powietrza, dostarczane powietrze
może mieć temperaturę niższą od temperatury powietrza w pomieszczeniu, w pomieszczeniach
o wysokości powyżej 3 m, występuje potrzeba dostarczenia znacznych ilości powietrza do
relatywnie niewielkiej przestrzeni.
Zaletą wentylacji wyporowej jest przede wszystkim wysoka jakość powietrza w strefie
przebywania ludzi, a także niższa moc chłodnicza wymagana do utrzymania odpowiedniej
temperatury powietrza dookoła człowieka.
Jednym z elementów wpływających znacząco na prawidłowość działania wentylacji wyporowej
są strumienie konwekcyjne generowane przez źródła ciepła znajdujące się w pomieszczeniu,
będące niejako siłą napędzającą przepływ powietrza w pomieszczeniu przy tym typie wentylacji.
1/4
Charakterystyka strumieni konwekcyjnych w aspekcie formowania przepływu powietrza w wentylacji wypo
Autor: Anna BOGDAN, Barbara KOELBLEN
Podstawy teoretyczne dotyczące kształtowania się strumieni konwekcyjnych
(...)
Charakterystyka strumieni konwekcyjnych nad nieruchomymi obiektami
Strumienie konwekcyjne generowane przez źródła ciepła, które są elementami wyposażenia
biurowego (np. komputery, elementy oświetlenia) charakteryzują się duża stabilnością zarówno
kształtu jak i parametrów strumienia – ponieważ są one nieruchome. Im większa różnica
temperatury między powierzchnią źródła ciepła a powietrzem otaczającym, tym szybciej
strumień konwekcyjny odzyskuje swój kształt po zetknięciu z zaburzeniem pochodzącym z
otoczenia.
Przebieg strumienia konwekcyjnego zależny jest od źródła ciepła, które według kształtu
podzielić można na [1]: punktowe, liniowe, poziome, pionowe i o złożonym kształcie. W
literaturze znaleźć można różne metody opisu strumieni konwekcyjnych – poniżej
przedstawiono kilka wybranych metod, opracowanych dla różnych rodzajów źródeł ciepła.
2/4
Charakterystyka strumieni konwekcyjnych w aspekcie formowania przepływu powietrza w wentylacji wyp
Autor: Anna BOGDAN, Barbara KOELBLEN
Rys.
3.różnica
Strumień
konwekcyjny
nad
źródłem
ciepła
a)Zostały
punktowym,
b)przez
liniowym
Natabeli
punktowe
rzeczywistych
rysunku
3.
źródeł
przedstawiono
liniowe.
ciepła.
Są
tosą
modele
strumienie
„idealne”,
konwekcyjne
jednak
generowane
stanowią
źródła
ciepła
do
opisu
W
punktowymi
założeniem,
otaczającego
również
prędkości
do
jednak
jest
liniowymi
otrzymania
już
znacząca.
metody
1.są
ioraz
podano
temperatury
oraz
że
często
można
zbliżonego
między
rozkłady
opisu
liniowymi,
Metody
przykładowe
punktem
opisać
oparte
rozkładem
nie
prędkości
do
opisu
podane
za
wyjścia
krzywej
na
zgodne
pomocą
strumieni
zależności
założeniu
temperatury
oraz
wdo
Gaussa
literaturze
z nadwyżki
funkcji
opisu
krzywą
konwekcyjnych
przeciwnym,
opisujące
rozkładu
bardziej
według
rozkładu
Gaussa
[3].
temperatury
strumienie
metody
złożonych
prędkości
np.
Gaussa.
[4].
nad
metoda
Zastosowanie
one
całkowej
źródłami
wrównież
strumieniu
opracowane
konwekcyjne
w
W
przypadków.
strumieniu
całkowa,
literaturze
ciepła
apodstawę
wg
tej
wobec
krzywej
w[1]
zgodnie
metody
punktowymi
nad
konwekcyjnym,
znaleźć
której
źródłami
powietrza
Gaussa
rozkłady
prowadzi
zmożna
oraz
Za poziome
charakterystyczną
której
równoległych
oraz
lokalnych
osadzona
źródła
(pomijalnie
zmian
jest
dla
ciepła
nagrzana
ciśnienia
formowania
mała
uznaje
płytka,
pionowa
wypierane
się
sięnagrzane
jest
strumienia
składowa
są
występowanie
kupłaszczyzny/
górze
konwekcyjnego
prędkości),
[3].w I płyty
strefie
które
(rys.
nad
przepływów
pod
poziomą
4.).
wpływem
Cechą
płaszczyzną,
dotemperatury
niej
w
3/4
Charakterystyka strumieni konwekcyjnych w aspekcie formowania przepływu powietrza w wentylacji wyp
Autor: Anna BOGDAN, Barbara KOELBLEN
Rys.
4. Strumień
poziomą
[3]
konwekcyjny
nad
nagrzaną
płytą,
osadzoną
równo
zniż
otaczającą
płaszczyzną
W
Umieszczenie
możliwością
na
objętości
osadzonej
literaturze
drodze
oraz
doświadczalnej
równo
powstania
[6]
niższą
płyty
opisano
z otaczającą
nawartość
podwyższeniu
pionowych
również
zależności
nadwyżki
płaszczyzną
metodę
przepływów
otrzymano
spowodowało
temperatury
dotyczącą
poziomą.
powietrza
większe
inny
nagrzanej
w osi
rozpływ
wokół
wartości
strumienia
płytki
podstawy.
powietrza,
prędkości
osadzonej
w Zprzypadku
związany
wyprowadzonych
i strumienia
na
podstawie.
zpłytki
Pionowe
powietrza
źródła
jest
otaczającego
równoległy
ciepła
generują
jest
do
zźródła
jednej
strumienie
ciepła,
strony
akonwekcyjne
ograniczone
zwiększanie
płaszczyzną
nieco
strumienia
innego
objętości
źródła
rodzaju
ciepła
–
poprzez
przepływ
(rys.
indukcję
5.).
Rys.
5.[7].
Strumień
konwekcyjny
generowany
przez
płaszczyznę
pionową
[1]
ciepła
Zależności
opisane
zostały
dotyczące
wwykonana
literaturze,
strumieni
przy
konwekcyjnych
założeniu
stałej
tworzących
temperatury
się
przy
na
całej
źródłach
powierzchni
ciepła
pionowych
źródła
Najczęściej
stosowana
ciepła,
samym
geometrii
źródła
się
wirtualne
punktowego,
które
charakterze
(rys.
jest
spotykanymi
umiejscowione
źródło
1.).
najczęściej
Wciepła.
pamiętając
wprzez
przypadku
strefie
w
metoda
praktyce
na
rozwiniętej
danej
jednak
stosowania
wirtualnego
źródłami
wysokości
o
strumienia,
starannym
tej
ciepła
metody
źródła
generowałoby
wyznaczeniu
co
są
ciepła
rozpatrywane
te
stosuje
o są
złożonym
–w
jest
strumień
się
wysokości,
zależności
to
takie
źródło
kształcie.
konwekcyjny
punktowe
ciepła
na
takie,
Do
jakiej
oich
jak
złożonej
źródło
oznajduje
opisu
dla
takim
Strumienie
konwekcyjne
rozwijające
się
nad
ludźmi
(...)
Podsumowanie
W
pomieszczeniach
formowanie
energii
wentylacji
też
pracownika.
kształtujących
przepływu
artykule
wentylacji
na
indywidualnej,
cele
powietrza
przedstawiono
strumienia
W
wyporowej,
się
eksploatacji
takich
głównie
nad
przypadkach
człowiekiem
konwekcyjnego
która
w
biurowych.
informacje
pomieszczenia.
budynków,
której
dostarcza
nawiewniki
jest
znajomość
nt.
Jednym
można
nad
niezbędna
strumieni
powietrze
ludźmi.
lokalizowane
zPolitechniki
rozważyć
przebiegu
najmniej
konwekcyjnych
w
Tymczasem
w
celu
bezpośrednie
stosowanie
zbadanych
strumieni
prawidłowego
dążąc
niedalekiej
kształtujących
konwekcyjnych
otoczenie
iw
opisanych
pomieszczeniach
do
zaplanowania
ograniczenia
odległości
człowieka,
zjawisk
się
w
od
zużycia
jest
lubof
Praca
badawcza
w
ramach
projektu
N
R04
0018
10
realizowanego
w
latach
2011-2014.
LITERATURA:
[1]
Non-Industrial
MUNDT
E.,
Premises.
MATHISEN
REHVA.
H.
M.,
NIELSEN
2007.
P.
V.,
MOSER
A.:
Displacement
Ventilation
in
[2]
procesu
POPIOŁEK
wentylacji.
Z.:
Badanie
Gliwice.
i
Zeszyty
modelowanie
naukowe
strug
konwekcyjnych
Śląskiej.
z
uwagi
1987.
na
kształtowanie
[3]
Warszawa.
BATURIN
Arkady.
W.
W.,
1974.
ELTERMAN
W.
M.:
Wentylacja
naturalna
w
zakładach
przemysłowych.
[4]
Fizyko-Matematiczeskiej
ABRAMOWICZ
G.
N.:
Literatury.
Tieorija
turbulentnych
1960.
stui.
Moskwa.
Gosudarstwiennoje
Izdatielstwo
[5]
Theoretical
Stockholm.
studies.
1996.
E.:
The
Performance
Ph.D
Thesis,
of
Bulletin
Displacement
no
38.
Building
Ventilation
Services
Systems
Engineering.
–
Experimental
KTH.
and
[6]
izd.
TIMOFIEJEWA
2.
LIOT.
1960.
O.
N.,
Awierianow
A.
Cz.:
Ukazanije
po
rasczotu
kolcowych
otsosow.
LIOT.
[7]
1996.
ETHERIDGE
D.,
SANDBERG
M.:
Building
Ventilation
–
Theory
and
Measurement.
Wiley.
[8]
natural
MIERZWIŃSKI
convection.
Ś.:
KTH.
Air
Stockholm.
motion
and
1980.
temperature
distribution
above
a
human
body
in
result
[9]
person
13-15
ŻUKOWSKA
June
with
2007
diff
erent
D.,
Helsinki.
MELIKOV
complexity
Finland
A.,
of
POPIOŁEK
Proceedings
body
geometry.
Z.:
Abstract
Thermal
SCANVAC
Book.
plume
Conference
above
a
simulated
Roomvent
2007
[10]
Conference
Stockholm,
HYLDGAARD
Sweden,
on
Air
Distribution
C.
June
E.:
Thermal
14-17,
In
Rooms.
1998.
Plumes
Vol.
ROOMVENT
Above
1,
pp.
a
407-413.
Person.
’98
(eds.
Proceedings
E.
Mundt,
of
T.-G.
the
6th
Malmström).
International
[11]
a
Copenhagen.
thermal
BOGDAN
manikin
A.,
CHLUDZIŃSKA
and
humans
–
the
M.:
pilot
Comparative
study
results.
evaluation
IndoorAir
of
thermal
2008
17-22
plumes
August
formed
2008.
above
[12]
arrangement
vol.
49.
ŻUKOWSKA
pp.
104-116.
on
the
D.,
thermal
MELIKOV
plume
A.,
above
POPIOŁEK
a
sitting
Z.:
occupant.
Impact
of
personal
Building
and
factors
Environment
and
furniture
2012.
[13]
konwekcyjnych
nad
B.,
ludźmi.
BOGDAN
Ciepłownictwo
A.:
Wpływ
procesu
Ogrzewnictwo
oddychania
Wentylacja.
na
kształtowanie
08/2013,
s.
się
337-342.
strumieni
[14]
strumieni
KOELBLEN
konwekcyjnych
B.:
Ocena
nad
wpływu
człowiekiem.
odzieży,
Praca
oddychania
magisterska.
oraz
pozycji
Politechnika
ciała
na
Warszawska.
tworzenie
się
2013.
dr
hab.
inż.
Anna
BOGDAN
mgr inż.na
Barbara
KOELBLEN
Zakład
Klimatyzacji
i przeczytają
Ogrzewnictwa
Politechnika
Warszawska
Więcej
ten
temat
Państwo w Chłodnictwie i Klimatyzacji nr 12/2013sitting
4/4